Проектування та виробництво друкованих плат клавіатурної матриці | Анти-ґостинг

Дизайн друкованої плати матриці клавіатури перетворює велику кількість перемикачів на практичний набір сигнали рядків і стовпців контролераМатриця, напрямок діодів, час сканування, усунення дребезгу, додаткові позиції розташування та схема виводів мікропрограми повинні описувати один узгоджений продукт. Помилка маршрутизації може впливати лише на одну клавішу, весь рядок, стовпець або певну комбінацію з кількох клавіш, тому виробниче тестування має виходити за рамки перевірки цілісності голої плати.

Highleap Electronics пропонує послуги з виготовлення друкованих плат клавіатур, складання друкованих плат, програмування прошивки та розробку матричних тестових пристроїв для механічних клавіатур, цифрових клавіатур та панелей керування. Клієнти можуть запросити початкову цінову пропозицію, вказавши кількість клавіш, розташування та очікувану кількість; повна схема для першого контакту не потрібна.

Багато матриць клавіатури реалізовані на двох мідних шарах і можуть використовувати компоненти з обох боків. Двошарова друкована плата — це не те саме, що одностороннє складання, і розводку матриці не слід описувати як таку, що вимагає односторонньої плати лише тому, що перемикачі видно зверху.

Архітектура та дизайн матриці клавіатури, вхідні дані

Рядки та стовпці зменшують кількість контактів шляхом сканування перетинів, а не призначення одного контакту MCU кожній клавіші. Розміри матриці слід вибирати з урахуванням доступності GPIO MCU, фізичної маршрутизації, підтримки прошивки та додаткових позицій клавіш. Ефективна матриця не завжди є найменшим математичним прямокутником; трохи більша матриця може забезпечити чіткішу маршрутизацію або кращу підтримку варіантів.

Закупівля та проектування друкованої плати матриці клавіатури

Перша цінова пропозиція не вимагає завершеного електричного пакету, але для випуску продукції зрештою потрібне однозначне визначення позиції ключів. Найкориснішою ранньою інформацією є фізичне розташування ключів, приблизна кількість ключів, необхідні інтерфейси та наявність у замовника вже прошивки. Highleap може визначити, чи є проект простою матричною збіркою, перетворенням макета чи виробничим пакетом контролер-плюс-прошивка.

Діоди, фантомне перемикання клавіш та натискання клавіш на одну клавішу

Чому виникає гоустінг

Без ізоляції певні комбінації трьох клавіш можуть створювати непередбачуваний шлях струму, який відображається як четверта клавіша. Матричні діоди обмежують напрямок струму та зазвичай встановлюються на кожен комутатор, коли потрібна надійна робота з кількома клавішами. Їхня орієнтація повинна відповідати як визначенню матриці, так і напрямку сканування мікропрограми.

Анти-гоустінг не ідентичний NKRO

Кожні діоди усувають основну електричну причину появи ореолів, але остаточна поведінка при перемиканні також залежить від прошивки, формату звіту USB HID, бездротового протоколу та конкретних тестованих комбінацій. Тому маркетингові заяви повинні бути пов'язані із затвердженим планом тестування, а не виводитися лише з макету друкованої плати.

Додаткові макети створюють прихований матричний ризик

Універсальна друкована плата може містити клавіші Enter ANSI/ISO, розділений Backspace, розділений пробіл або альтернативні позиції нижнього ряду. Взаємовиключні розташування перемикачів можуть мати спільний матричний вузол, але складальне креслення та прошивка повинні визначати, які позиції фактично встановлені. Неконтрольовані додаткові позиції можуть створювати дублікати клавіш, неможливі комбінації або тестовий пристрій, який натискає неправильну координату.

• Вкажіть орієнтацію діода за допомогою чіткої позначки катода та складального креслення.
• Уникайте створення ненавмисних паралельних шляхів через додаткові позиції.
• Перевірте комбінації кількох клавіш, вибрані з фактичного варіанту використання продукту.
• Визначте, чи є цільовим показником прийнятності 6KRO, NKRO чи набір тестів, специфічний для клієнта.

Маршрутизація рядків/стовпців, сканування та кореляція прошивки

Матричні сигнали мають відносно низьку швидкість, але погане компонування все одно може створювати проблеми з виробництвом та електромагнітною сумісністю. Довгі паралельні лінії можуть призвести до шуму перемикання світлодіодів; перехідні отвори, розміщені під контактами перемикача, можуть зменшити механічний зазор; доріжки, прокладені занадто близько до країв плати або монтажних отворів, можуть бути пошкоджені під час демонтажу або складання панелей. Highleap перевіряє відстані, взаємозв'язки отворів, доступ до діодів та розміщення тестових точок під час... Огляд DFM.

• Забезпечте однакове найменування рядків/стовпців на етикетках друкованих плат, у прошивці та світильниках.
• Розмістіть діоди з видимим посиланням на полярність та машинозчитуваною орієнтацією.
• Уникайте прокладання гільз, яке вимагає зайвих згинань навколо отворів для перемикачів.
• Забезпечити доступ для тестування рядкових та стовпцевих мереж, де очікується діагностика приладів.
• Відокремте шляхи живлення світлодіодів з шумом від чутливих областей скидання контролера, генератора та USB.

Матричні доріжки зазвичай мають низьку швидкість, але маршрутизація все ще впливає на технологічність, сприйнятливість до електромагнітних перешкод, перевантаження роз'ємів та доступ до тестування. Багато плат клавіатури є двошаровими друкованими платами, хоча щільні RGB-модулі, бездротові модулі або складні секції керування можуть вимагати додаткових шарів. Заземлення не повинно використовуватися як привід для створення вузьких місць повернення або погано розміщених швів навколо шумних областей живлення та USB.

Сканування, усунення дребезгу та кореляція прошивки

Реліз апаратного забезпечення повинен відповідати визначенню матриці прошивки. Виводи рядків, виводи стовпців, напрямок діодів, завантажувач, розкладка клавіатури та варіант продукту повинні містити ідентифікатори версій. Налаштування усунення дребезгу слід перевіряти за допомогою фактичної технології перемикача або контакту, а не копіювати їх сліпо з іншої клавіатури.

Для QMK/VIA або прошивку клієнта, Highleap може завантажити затверджений двійковий файл та перевірити перетворення фізичних ключів на логічні. Розробка прошивки та володіння алгоритмом залишаються визначеними клієнтом, якщо вони окремо не включені до обсягу проекту.

Контрольний список для перевірки дизайну матриці клавіатури

Виготовлення, складання друкованих плат та розробка випробувальних пристроїв

Повторювані схеми розташування перемикачів та діодів роблять матриці клавіатури добре придатними для автоматизованого складання, але повторювані схеми також можуть приховувати систематичні помилки. Зворотна програма діодів або неправильна орієнтація фідера можуть вплинути на всю плату. Тому перевірка першого виробу повинна перевірити полярність за кількома координатами та підтвердити фактичне сканування клавіш, перш ніж розпочати повну партію.

Електричне випробування голої плати перевіряє з'єднання мідних проводів, але не може довести поведінку матриці після додавання компонентів та прошивки. AOI виявляє багато дефектів полярності та пайки, тоді як функціональний пристрій перевіряє систему. Обидва необхідні для змістовного керування.

Для початкової цінової пропозиції не потрібна схема друкованої плати. Клієнт може почати з розмітки, кількості ключів та бажаних функцій; детальна матриця та дані випуску підтверджуються перед початком виробництва.

Матричні випробувальні прилади та ізоляція відмов

Гарний прилад не просто повідомляє про «збій клавіатури». Він визначає ймовірну групу збоїв. Якщо кожна клавіша в одному ряду виходить з ладу, прилад або програмне забезпечення повинні вказувати на мережу ряду, контакт мікроконтролера, послідовний компонент або паяне з'єднання. Якщо виходить з ладу одна клавіша, діагностика повинна розрізняти... перемикач або роз'єм гарячої заміни контакт, орієнтація діода, відкрита траса та відображення прошивки.

A цвяхове ліжко або пристосування для керування ключем може стимулювати кожен вузол комутатора, зчитувати вихід USB або послідовного порту та порівнювати результат із розблокованою картою клавіш. Вона повинна розрізняти розірвані доріжки, зворотні діоди, паяні містки, неправильні контакти мікроконтролера та помилки картування прошивки. Поєднання тесту електричної мережі з тестом подій на рівні програми зменшує кількість хибних діагнозів.

1. Спочатку перевірте живлення, тактовий генератор та програмування мікроконтролера.
2. Перевірте стани очікування рядків і стовпців.
3. Стимулювати кожен перетин матриці.
4. Виконуйте визначені комбінації клавіш для ghosting та rollover.
5. Перевіряйте позиції додаткового макета лише для відповідного варіанту.
6. Запис збоїв за мережевим та фізичним розташуванням ключа.

NPI, інженерні зміни та виробничі записи

Під час NPI перша зібрана матриця повинна бути перевірена за допомогою однієї контрольованої збірки прошивки та фізичної карти положень клавіш. Інженерні зміни повинні визначати, чи змінюють вони мідь, напрямок діодів, виводи мікроконтролера, завантажувач, карту клавіш або програмне забезпечення кріплення; невелика редакція друкованої плати може зробити тестову програму недійсною, навіть якщо контур не змінився.

Початкова цінова пропозиція може починатися з макета, приблизної кількості та необхідного обсягу поставок. Перед запуском у виробництво контрольований пакет зазвичай включає Gerber або ODB++, дані буріння, специфікацію матеріалу (BOM), центроїд, складальні креслення, матричну таблицю, двійковий файл прошивки, розкладку клавіш та вимоги до тестування.

Стабільні визначення матриць, прошивок та варіантів підвищують ефективність панелі, купівлю компонентів та повторне використання приладів. Перед випуском необхідно перевірити альтернативні діоди, мікроконтролери та роз'єми на корпус, полярність, електричні характеристики та вплив на програмування.

Протоколи перевірки та випробувань матричної друкованої плати

Якщо зазначено для замовлення, записи можуть охоплювати електричні випробування голої плати, перевірку полярності діодів, AOI, версію прошивки, результати діагностики рядків/стовпців, вихід кожної клавіші та схвалені комбінації перемикання. Ці записи повинні бути пов'язані з тією ж друкованою платою, прошивкою та версією варіанта продукту.

Найчастіші запитання щодо проектування друкованої плати з матрицею клавіатури

Чому в матриці клавіатури використовуються діоди?

Вони контролюють напрямок струму через кожне положення перемикача та допомагають запобігти ненавмисному переміщенню клавіш під час натискання кількох клавіш.

Чи діоди автоматично гарантують NKRO?

Ні. Діоди підтримують функцію анти-гостингу, але перехід також залежить від сканування прошивки, транспортування та конфігурації звіту HID.

Чи може друкована плата матриці клавіатури бути двошаровою?

Так. Двошарова конструкція є поширеною, хоча додаткові обмеження RGB, бездротового зв'язку або маршрутизації можуть виправдати використання більшої кількості шарів.

Що слід тестувати у виробництві?

Кожен перетин матриці, напрямок діода, логічне відображення клавіш, визначені комбінації кількох клавіш, USB/бездротовий вихід та відповідні додаткові позиції.